JPH066515B2 - 多孔質炭素管状体の製造方法 - Google Patents
多孔質炭素管状体の製造方法Info
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- JPH066515B2 JPH066515B2 JP1272195A JP27219589A JPH066515B2 JP H066515 B2 JPH066515 B2 JP H066515B2 JP 1272195 A JP1272195 A JP 1272195A JP 27219589 A JP27219589 A JP 27219589A JP H066515 B2 JPH066515 B2 JP H066515B2
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- tubular body
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多孔質炭素管状体の製造方法、とくに焼成炭
化の工程を改良して生産収率よく多孔質炭素の管状体を
製造する方法に関する。
化の工程を改良して生産収率よく多孔質炭素の管状体を
製造する方法に関する。
多孔質炭素材は、耐熱耐食性に優れるうえに特有の表面
性状と気孔構造を備えているため、電解用電極、電池用
電極、触媒担体、吸着剤、フィルターなどの部材として
有用されている。これら部材の形状は多様であるが、例
えばＮａ−Ｓ二次電池用の電極、散気用などに用いられ
る特殊なフィルター等の用途では管状のものを使用する
ケースが多い。
性状と気孔構造を備えているため、電解用電極、電池用
電極、触媒担体、吸着剤、フィルターなどの部材として
有用されている。これら部材の形状は多様であるが、例
えばＮａ−Ｓ二次電池用の電極、散気用などに用いられ
る特殊なフィルター等の用途では管状のものを使用する
ケースが多い。
従来、管状の多孔質炭素材を得るためには、予めブロッ
ク形状に製造した多孔質炭素体から丸棒に切り出したの
ち孔ぐり加工する方法、多孔質炭素の前駆基材を管状に
成形して焼成炭化処理する方法が知られている。このう
ち、前者の後加工による方法では素材の大部分が加工屑
となってしまうため、加工歩留りが著しく低くなる欠点
がある。
ク形状に製造した多孔質炭素体から丸棒に切り出したの
ち孔ぐり加工する方法、多孔質炭素の前駆基材を管状に
成形して焼成炭化処理する方法が知られている。このう
ち、前者の後加工による方法では素材の大部分が加工屑
となってしまうため、加工歩留りが著しく低くなる欠点
がある。
この点、前駆基材を管状成形したのち焼成炭化する後者
の方法は加工ロスが生じない有利性がある。ところが、
多孔質炭素材を製造するための管状成形体は通常の炭素
材に比べて熱収縮の度合が極めて大きく、このため焼成
過程で破損、亀裂発生、変形等の現象を招く問題点があ
る。この不都合な現象は、素材形状が大型化するに従っ
て多発する傾向にあり、多孔質炭素管状体を製造する際
の大きなネックとなっている。
の方法は加工ロスが生じない有利性がある。ところが、
多孔質炭素材を製造するための管状成形体は通常の炭素
材に比べて熱収縮の度合が極めて大きく、このため焼成
過程で破損、亀裂発生、変形等の現象を招く問題点があ
る。この不都合な現象は、素材形状が大型化するに従っ
て多発する傾向にあり、多孔質炭素管状体を製造する際
の大きなネックとなっている。
発明者らは上記の問題点についてあらゆる角度から原因
究明をおこなった結果、処理にあたって管状成形体の中
空孔部分に充填するコークス粒またはけい砂などのパッ
キング材が焼成過程で揮発成分の放出作用に基づく管状
成形体自体の体積収縮に追随できず、そのストレスが欠
陥現象を発生させる主因となることを解明した。
究明をおこなった結果、処理にあたって管状成形体の中
空孔部分に充填するコークス粒またはけい砂などのパッ
キング材が焼成過程で揮発成分の放出作用に基づく管状
成形体自体の体積収縮に追随できず、そのストレスが欠
陥現象を発生させる主因となることを解明した。
本発明は、この知見を基礎として開発されたもので、管
状成形体を用いて破損、亀裂発生、変形等の欠陥現象を
伴うことなしに焼成炭化処理することができる多孔質炭
素管状体の製造方法を目的としている。
状成形体を用いて破損、亀裂発生、変形等の欠陥現象を
伴うことなしに焼成炭化処理することができる多孔質炭
素管状体の製造方法を目的としている。
上記の目的を達成するための本発明による多孔質炭素管
状体の製造方法は、多孔質炭素の前駆基材となる管状成
形体の中空孔部分に、焼成過程における前記管状成形体
の体積収縮に即応して熱収縮する有機質の粉粒体、短繊
維状物質またはこれらと黒鉛粒の混合物を充填し、円周
方向から均等に加熱できる状態で不活性雰囲気中８００
℃以上の温度により焼成炭化することを構成上の特徴と
する。
状体の製造方法は、多孔質炭素の前駆基材となる管状成
形体の中空孔部分に、焼成過程における前記管状成形体
の体積収縮に即応して熱収縮する有機質の粉粒体、短繊
維状物質またはこれらと黒鉛粒の混合物を充填し、円周
方向から均等に加熱できる状態で不活性雰囲気中８００
℃以上の温度により焼成炭化することを構成上の特徴と
する。
本発明において、多孔質炭素の前駆基材となる管状成形
体とは、原料フィラーをバインダー成分と共に所定の管
状形態に成形した焼成前の成形体を指す。該管状成形体
の形成手段としては、例えば粒度を備えたコークス粉を
タールピッチのような炭化性バインダーと共に捏合した
のち粉砕、成形する方法、炭素繊維、炭素繊維製造用の
有機繊維、パルプなどを単独または混合して抄紙して得
られるシートを管状に成形し、これに熱硬化性樹脂もし
くはこれに炭素微粉末を懸濁させて含浸させる方法等が
あるが、その形成方法は限定されるものではない。
体とは、原料フィラーをバインダー成分と共に所定の管
状形態に成形した焼成前の成形体を指す。該管状成形体
の形成手段としては、例えば粒度を備えたコークス粉を
タールピッチのような炭化性バインダーと共に捏合した
のち粉砕、成形する方法、炭素繊維、炭素繊維製造用の
有機繊維、パルプなどを単独または混合して抄紙して得
られるシートを管状に成形し、これに熱硬化性樹脂もし
くはこれに炭素微粉末を懸濁させて含浸させる方法等が
あるが、その形成方法は限定されるものではない。
焼成過程において管状成形体の体積収縮に即応して熱収
縮する有機質の粉粒体または短繊維状物質としては、木
粉、鋸くず、籾殻のようなリグニン、セルロース、熱硬
化性樹脂であるフェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアク
リロニトリル系の短繊維が挙げられ、これらは単独もし
くは混合物の形態で使用に供される。粉粒体を使用する
場合には粒度な２ｍｍから５０μｍの範囲に調整するこ
とが望ましく、短繊維状物質を用いるときにはアスペク
ト比１００以上、繊維長５ｍｍから５０μｍすることが
好適である。
縮する有機質の粉粒体または短繊維状物質としては、木
粉、鋸くず、籾殻のようなリグニン、セルロース、熱硬
化性樹脂であるフェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアク
リロニトリル系の短繊維が挙げられ、これらは単独もし
くは混合物の形態で使用に供される。粉粒体を使用する
場合には粒度な２ｍｍから５０μｍの範囲に調整するこ
とが望ましく、短繊維状物質を用いるときにはアスペク
ト比１００以上、繊維長５ｍｍから５０μｍすることが
好適である。
また、フェノール樹脂、フラン樹脂などの粉末を適用す
る際には、焼成時の融着現象を避けるために予め大気中
で１５０〜３００℃程度の温度で表面を不融化処理を施
しておくことが好ましい。
る際には、焼成時の融着現象を避けるために予め大気中
で１５０〜３００℃程度の温度で表面を不融化処理を施
しておくことが好ましい。
これら有機質の粉粒体または短繊維状物質は、前記した
多孔質炭素の前駆基材となる管状成形体の中空孔部分に
充填し、不活性雰囲気中で焼成炭化処理する。この際、
充填する有機質の粉粒体または短繊維物質は管状成形体
の組成、熱収縮率等を考慮して選定または混合調整する
ことが望ましい。有機質の粉粒体または短繊維物質の熱
収縮を低めに調整する場合には、これらに粒径１〜２ｍ
ｍの黒鉛粒を混合することが効果的である。したがっ
て、例えば管状成形体の組成が熱収縮率の比較的大きな
熱硬化性樹脂主体のときには、リグニン、セルロース、
フェノール樹脂、フラン樹脂などを、また熱収縮率が比
較的小さな炭素繊維主体の組成に対しては、ポリアクリ
ロニトリル系短繊維あるいは前記粉粒体と黒鉛粒との混
合物を使用することが好適となる。
多孔質炭素の前駆基材となる管状成形体の中空孔部分に
充填し、不活性雰囲気中で焼成炭化処理する。この際、
充填する有機質の粉粒体または短繊維物質は管状成形体
の組成、熱収縮率等を考慮して選定または混合調整する
ことが望ましい。有機質の粉粒体または短繊維物質の熱
収縮を低めに調整する場合には、これらに粒径１〜２ｍ
ｍの黒鉛粒を混合することが効果的である。したがっ
て、例えば管状成形体の組成が熱収縮率の比較的大きな
熱硬化性樹脂主体のときには、リグニン、セルロース、
フェノール樹脂、フラン樹脂などを、また熱収縮率が比
較的小さな炭素繊維主体の組成に対しては、ポリアクリ
ロニトリル系短繊維あるいは前記粉粒体と黒鉛粒との混
合物を使用することが好適となる。
焼成炭化処理は、中空孔部分に有機質の粉粒体または短
繊維物質を充填した管状成形体の外周方向から均等に加
熱する状態で、窒素、アルゴンのような不活性雰囲気中
で８００℃以上、好ましくは８００〜１５００℃の温度
域でおこなわれる。円周方向から均等に加熱するには、
円周面に発熱源を均等に巻き付けた管状炉を用いるか、
処理するべき管状成形体を黒鉛材料などで構成した高熱
伝導率（好ましくは80w/mk以上）の耐熱容器に収納し、
周辺に黒鉛微粉を詰めて管状炉にセットする方法などが
有効に用いられる。
繊維物質を充填した管状成形体の外周方向から均等に加
熱する状態で、窒素、アルゴンのような不活性雰囲気中
で８００℃以上、好ましくは８００〜１５００℃の温度
域でおこなわれる。円周方向から均等に加熱するには、
円周面に発熱源を均等に巻き付けた管状炉を用いるか、
処理するべき管状成形体を黒鉛材料などで構成した高熱
伝導率（好ましくは80w/mk以上）の耐熱容器に収納し、
周辺に黒鉛微粉を詰めて管状炉にセットする方法などが
有効に用いられる。
このようにして焼成炭化された多孔質炭素管状体は、必
要に応じ更に不活性雰囲気中で３０００℃まで温度で処
理して黒鉛化される。
要に応じ更に不活性雰囲気中で３０００℃まで温度で処
理して黒鉛化される。
本発明によれば、中空孔部分に充填された有機質の粉粒
体または短繊維が焼成過程で漸次、水分、炭酸ガス、そ
の他熱分解揮発成分を放出し、管状成形体の体積収縮に
即応して熱収縮する。この機能が外周方向からの均等加
熱の作用と相俟って管状成形体の熱収縮時に生じるスト
レスを均等かつ円滑に緩和し、中空孔内部が極端な内面
圧を受けることなしに焼成炭化が進行する。
体または短繊維が焼成過程で漸次、水分、炭酸ガス、そ
の他熱分解揮発成分を放出し、管状成形体の体積収縮に
即応して熱収縮する。この機能が外周方向からの均等加
熱の作用と相俟って管状成形体の熱収縮時に生じるスト
レスを均等かつ円滑に緩和し、中空孔内部が極端な内面
圧を受けることなしに焼成炭化が進行する。
上記の相乗作用を介して、処理材料の破損、亀裂、変形
などの欠陥現象は効果的に消去される。
などの欠陥現象は効果的に消去される。
以下に、本発明の実施例を比較例と対比して説明する。
実施例１ 水に分散させた溶解パルプを抄紙して形成したシートを
テープワインディング法によって外径４２ｍｍ、内径３
３ｍｍ、長さ７１５ｍｍの管状に成形した。管状体をフ
ェノール樹脂初期縮合物〔住友デュレズ(株)製、ＰＲ９
４０〕の５０％アセトン溶液に浸漬し、ついで風乾後、
１８０℃で５時間硬化処理して多孔質炭素の前駆体とな
る管状成形体を作製した。
テープワインディング法によって外径４２ｍｍ、内径３
３ｍｍ、長さ７１５ｍｍの管状に成形した。管状体をフ
ェノール樹脂初期縮合物〔住友デュレズ(株)製、ＰＲ９
４０〕の５０％アセトン溶液に浸漬し、ついで風乾後、
１８０℃で５時間硬化処理して多孔質炭素の前駆体とな
る管状成形体を作製した。
この管状成形体の中空孔部分に粒度２〜１ｍｍの木粉
（焼成収縮率４０％）を充填したのち、外周面に電熱ヒ
ーターを均等に配設した管状炉内にセットし、５０℃／
ｈｒの昇温速度で１０００℃まで上昇して焼成炭化し
た。
（焼成収縮率４０％）を充填したのち、外周面に電熱ヒ
ーターを均等に配設した管状炉内にセットし、５０℃／
ｈｒの昇温速度で１０００℃まで上昇して焼成炭化し
た。
得られた多孔質炭素管状体の形状は、外径２５ｍｍ、内
径２０ｍｍ、長さ５００ｍｍであった。
径２０ｍｍ、長さ５００ｍｍであった。
実施例２ 実施例１と同一の工程で中空孔部分に木粉を充填した管
状成形体を、黒鉛材料で構成した容器に収納し周辺に黒
鉛微粉を詰めた。これを対象位置に黒鉛ヒーターの配設
した管状炉にセットし、実施例１と同一の温度条件によ
り焼成炭化処理して外径２５ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ
５００ｍｍの多孔質炭素管状体を得た。
状成形体を、黒鉛材料で構成した容器に収納し周辺に黒
鉛微粉を詰めた。これを対象位置に黒鉛ヒーターの配設
した管状炉にセットし、実施例１と同一の温度条件によ
り焼成炭化処理して外径２５ｍｍ、内径２０ｍｍ、長さ
５００ｍｍの多孔質炭素管状体を得た。
比較例１ 実施例１と同一の管状成形体の中空孔部分になにも充填
せずに、実施例１と同様にして焼成炭化して多孔質炭素
管状体を作製した。
せずに、実施例１と同様にして焼成炭化して多孔質炭素
管状体を作製した。
比較例２ 実施例１と同一の管状成形体の中空孔部分に粒度５６μ
ｍの黒鉛粉末を充填したほかは実施例１と同一条件で焼
成炭化して多孔質炭素管状体を作製した。
ｍの黒鉛粉末を充填したほかは実施例１と同一条件で焼
成炭化して多孔質炭素管状体を作製した。
実施例３ 繊維径２０μｍ、繊維長１ｍｍのピッチ系炭素繊維チョ
ップを水に分散したのち、加圧濾過成形法を用いて外径
３１ｍｍ、内径２５ｍｍ、長さ６３３ｍｍの管状に成形
した。
ップを水に分散したのち、加圧濾過成形法を用いて外径
３１ｍｍ、内径２５ｍｍ、長さ６３３ｍｍの管状に成形
した。
成形した多孔質炭素の前駆基材となる管状成形体の中空
孔部分に粒度２〜１ｍｍの木粉と粒度２〜１ｍｍの黒鉛
粒の混合物（焼成収縮率２０％）を充填し、実施例１と
同一の条件で焼成炭化処理した。
孔部分に粒度２〜１ｍｍの木粉と粒度２〜１ｍｍの黒鉛
粒の混合物（焼成収縮率２０％）を充填し、実施例１と
同一の条件で焼成炭化処理した。
得られた多孔質炭素管状体の形状は、外径２５ｍｍ、内
径２０ｍｍ、長さ５００ｍｍであった。
径２０ｍｍ、長さ５００ｍｍであった。
実施例４ 実施例３と同一方法で中空孔部分で木粉と黒鉛粒の混合
物を充填した管状成形体を、実施例１と同一の条件で焼
成炭化して多孔質炭素管状体を作製した。
物を充填した管状成形体を、実施例１と同一の条件で焼
成炭化して多孔質炭素管状体を作製した。
比較例３ 実施例３と同一の管状成形体の中空孔部分になにも充填
せずに、実施例１と同様に焼成炭化して多孔質炭素管状
体を作製した。
せずに、実施例１と同様に焼成炭化して多孔質炭素管状
体を作製した。
比較例４ 実施例３と同一の管状成形体の中空孔部分に粒度７１μ
ｍの黒鉛粉末を充填したほかは、実施例１と同一条件で
焼成炭化処理して多孔質炭素管状体を作製した。
ｍの黒鉛粉末を充填したほかは、実施例１と同一条件で
焼成炭化処理して多孔質炭素管状体を作製した。
上記の実施例１〜４、比較例１〜４によって製造された
各多孔質炭素管状体の焼成歩留および性状を対比して表
１に示した。
各多孔質炭素管状体の焼成歩留および性状を対比して表
１に示した。
なお、表１中、歩留とは焼成炭化後の組織に破損、亀裂
などの欠陥現象がない合格比率（％）、真円度とは最大
外径と最小外径の差（ｍｍ）、曲りは多孔質炭素管状体
を水平面に置いた場合に形成される最大に間隔（ｍｍ）
として示した。
などの欠陥現象がない合格比率（％）、真円度とは最大
外径と最小外径の差（ｍｍ）、曲りは多孔質炭素管状体
を水平面に置いた場合に形成される最大に間隔（ｍｍ）
として示した。
表１の結果から、本発明の実施例では優れた性状の多孔
質炭素管状体が焼成歩留１００％で製造するとができる
が、比較例では性状、焼成歩留ともに悪いことが判明す
る。
質炭素管状体が焼成歩留１００％で製造するとができる
が、比較例では性状、焼成歩留ともに悪いことが判明す
る。
以上のとおり、本発明の方法に従えば焼成炭化時に破
損、亀裂、変形等が発生しやすい多孔質炭素管状体を、
それらの欠陥現象を伴うことなく常に高収率で製造する
ことが保証される。そのうえ、加工によるロスを生じる
こともないから、工業生産上極めて有益である。
損、亀裂、変形等が発生しやすい多孔質炭素管状体を、
それらの欠陥現象を伴うことなく常に高収率で製造する
ことが保証される。そのうえ、加工によるロスを生じる
こともないから、工業生産上極めて有益である。
Claims (2)
- 【請求項１】多孔質炭素の前駆基材となる管状成形体の
中空孔部分に、焼成過程における前記管状成形体の体積
収縮に即応して熱収縮する有機質の粉粒体、短繊維状物
質またはこれらと黒鉛粒の混合物を充填し、円周方向か
ら均等に加熱できる状態で不活性雰囲気中８００℃以上
の温度により焼成炭化することを特徴とする多孔質炭素
管状体の製造方法。 - 【請求項２】有機質の粉粒体または短繊維状物質が、リ
グニン、セルロース、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポ
リアクリロニトリル系短繊維もしくはこれらの混合物で
ある請求項１記載の多孔質炭素管状体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1272195A JPH066515B2 (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 多孔質炭素管状体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1272195A JPH066515B2 (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 多孔質炭素管状体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03137075A JPH03137075A (ja) | 1991-06-11 |
| JPH066515B2 true JPH066515B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=17510414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1272195A Expired - Lifetime JPH066515B2 (ja) | 1989-10-18 | 1989-10-18 | 多孔質炭素管状体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH066515B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4668458B2 (ja) * | 2001-05-15 | 2011-04-13 | イビデン株式会社 | 黒鉛製連鋳ノズル及びその製造方法、多孔質黒鉛材 |
| CN108483420A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-09-04 | 广东龙兴宝富五金实业有限公司 | 一种炭素材料快速成型、快速焙烧制造方法 |
-
1989
- 1989-10-18 JP JP1272195A patent/JPH066515B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03137075A (ja) | 1991-06-11 |
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